6.3MMCs的界面表征.ppt

EPMA * 金属基复合材料 江苏大学 材料科学与工程学院 * 第6章 金属基复合材料的界面及其表征 6.1 MMCs界面的定义 6.2 MMCs的界面特征 6.2.1 界面的结合机制 6.2.2 界面分类及界面模型 6.2.3 界面的物理化学特性 6.2.4 界面的稳定性 6.2.5 界面结构及界面反应 6.2.6 界面对性能的影响 6.2.7 界面优化与界面反应控制的途径 * 课程回顾 本讲思考题 1、金属基复合材料界面可分成哪些类型？请分别举例说明不同类型界面的特征。 2、金属基复合材料的界面结合有哪几种？什么样的界面结合对力学性能更有利，为什么？ * 第6章 金属基复合材料的界面及其表征 6.1 MMCs界面的定义 6.2 MMCs的界面特征 6.3 MMCs的界面表征 6.4 MMCs的界面设计 * 界面组成及成分变化 界面区的位错分布 界面强度的表征 界面残余应力的测定 界面结构的高分辨观察及其原子模拟 1 2 3 4 5 界面是复合材料极其重要的组成部分, 全面而确切地表征界面是控制和改善金 属基复合材料的最重要基础之一。 6.3 MMCs的界面表征 * 6.3.1 界面组成及成分变化 确定界面上有无新相形成是界面表征的主要内容之一。新相可能是增强体与基体通过扩散反应而在界面处形成的新相, 也可能是基体组元与相界处杂质元素反应在界面处优先形核而成为新相。 一般情况下常用明场像或暗场像对界面附近区域形貌进行观察, 通过选区衍射和X射线能谱进行微区结构和成分分析。 当析出物十分细小时, 可采用微衍射和电子能量损失谱来分析其结构和成分, 电子能量损失谱尤其适合于对C、O等轻元素的分析。可以准确判知界面析出物的结构、成分和形貌特征。 * 图 快速自发浸渗法（Al+Ti+B4C)得到的铝基复合材料扫描照片(a,c)未添加CuO；(b,d)添加CuO；(e)对应(d)中I与II处的EPMA结果 * 图　氧化处理的SiCp/2014Al复合材料界面的TEM照片(a) 明场像，(b) 暗场像 * 图　复合材料界面反应组织的TEM照片 A: α-Al；B: θ-CuAl2；C: MgAl2O4；D: SiO2；E: SiC * * 图3　(Al2O3 +SiC) AC8A 复合材料6H-SiC 相鉴定 AC8A 相当于ZL109 ，化学成分(wt.%)为: Si12.15，Cu1.13，Mg1.09，Ni1.02，Fe0.14，Mn0.01，Ti0.01，余为Al 图2 反应型界面 TEM 像 图1 扩散型界面 TEM 像 * 在原料TiC 粉末中含有0.05~0.10wt.%W 元素，而烧结后界面处W 含量高达17.12wt.%，并与Al 形成Al4W 化合物，这是由于在烧结过程中，伴随着晶粒长大，6061 和TiC 中所含有的微量元素(W、Cr、Cu 等)及杂质会向界面处扩散聚集。 Al 和Ti 元素通过扩散的方式首先生成TiAl3，之后随着Ti 元素的进一步扩散占据TiAl3中Al 的位置，最终形成TiAl。 * * 图 SiCP/Al复合材料的界面微衍射及电子能量吸收谱 6.3.2 界面区的位错分布 界面区近基体侧的位错分布是界面表征的又一重点, 它有助于了解复合材料的强化机制。 为了能更清晰地显示出位错分布的特征并便于定量测定位错密度, 采用弱束成像效果较好。 采用高压电镜对Al/SiCw复合材料界面的原位观测表明: 由于两种异质材料热膨胀系数不同, 在复合制备的冷却过程中在界面处形成的位错, 在材料被加热到一定温度后会自行消失, 但在重新冷却下来时又会再次产生。 这种复合材料中, 位错密度可高达1013～1014m-2, 是造成复合材料高强度的重要原因之一。 * 图 往复镦-挤变形4道次1wt.%纳米Al2O3P/2024复合材料的TEM组织 (a)位错塞积；(b)、(C)位错墙；(d)位错胞 随着往复镦-挤变形的进行，位错向晶界移动，造成位错塞积，进而发展成位错墙、位错胞。 * * 图 15%SiC(l50nm)/A1复合材料的TEM组织 位错在SiC的尖角处的基体中相对较多。SiC与Al间界面结合完好，无界面脱粘。基体Al晶粒为长条形，晶粒内亚组织丰富。 （球磨混合粉经过冷压成型，真空热压烧结，热挤压） 图 15%SiC(3.5μm)/A1复合材料的TEM组织 位错密度相当高。SiC与Al间高的热胀系数差使得在SiC周围，特别是SiC的尖角处产生位错。位错还大量产生于基体中呈弥散分布的第二相。 * 6.3.3 界面强度的表征 增强体与金属基体间界面结合强度对金属基复